Soy un principiante en diseño de electrónica. Tengo cierta experiencia con un diseño de PCB bastante complejo. Quiero diseñar un producto que con suerte se venda mucho. ¿Cómo me aseguro de que el diseño sea económico desde la perspectiva de la fabricación? No me refiero a una sola fabricación de PCB, sino a la producción en masa. Utilizo microcontroladores que se encuentran comúnmente como atmel, instrumento de Texas. ¿Es este el camino a seguir para la fabricación en masa?

Hay miles de cosas a considerar para reducir los costos de fabricación, pero algunas de las más importantes son

1. Construir en gran volumen. Esto distribuye los costos de configuración para un lote en más unidades. Encontrará, por ejemplo, que el costo de los espacios en blanco del tablero cae extremadamente rápido a medida que aumenta el tamaño del lote.

2. Negocie los costos de sus componentes. El precio de lista es solo un punto de partida para la negociación. Y una vez que haya comenzado a comprar en volumen y sus proveedores sepan que usted es serio (y que no necesitará más soporte), regrese y negocie nuevamente. (Para tener una posición más fuerte, diseñe en componentes de múltiples fuentes siempre que sea posible)

3. Reduce los pasos del proceso. Por ejemplo, el revestimiento en placa vía agrega pasos para la fabricación de tableros, y la mezcla de SMT con componentes de orificio pasante agrega pasos para el ensamblaje.

4. Reduzca el número de líneas en la lista de materiales. Esto reduce el esfuerzo de compra y aumenta el volumen que está comprando para cada número de pieza. Por ejemplo, si tiene resistencias de 49.9 y 51.1 ohmios, verifique si puede hacer que todas tengan el mismo valor. O, si tiene 3 reguladores lineales con diferentes voltajes de salida, use el mismo tipo ajustable para todos ellos en lugar de 3 partes diferentes de salida fija.

5. Diseñe con la mayor tolerancia posible. Por ejemplo, no use pistas de 4 mil si puede usar pistas de 6 mil. No especifique +/- 10 mils en el tamaño del tablero si puede vivir con +/- 25 mils. Etc. Cuanto más sueltas sean tus tolerancias, mejor será tu rendimiento. Aún mejor, si puede aflojar una tolerancia lo suficiente, incluso podría eliminar la necesidad de probarla en la prueba final.

6. Haz tus tablas más pequeñas. Cuantas más tablas quepan en un panel estándar, menor será el costo del material.

7. Diseño en comprobabilidad. Esto podría significar agregar puntos de prueba para un probador de lecho de uñas o podría significar que el diseño pueda probar todas las características necesarias por sí mismo (BIST).

8. Utilice procesos estándar en lugar de exóticos: nivel de soldadura de aire caliente en lugar de chapado en oro, a través de vías en lugar de vías ciegas, máscara de soldadura verde en lugar de roja, etc., etc.

Ya tengo algunas respuestas geniales aquí, así que solo agregaré algunas cosas más.

1. Trabaje en estrecha colaboración con su ensamblador y su fab house de pcb, a menudo proporcionan dfm (diseño para comentarios de fabricación) que lo ayudarán a comprender cómo cambiar su producto para que sea más fácil de fabricar. Cuanto más alto vayas en volumen, más preocupado estarás por cada pequeña cosa relacionada con el rendimiento.

2. Minimiza las operaciones de montaje. ¿Puede escapar con todos los componentes de montaje en superficie en un solo lado de su placa? Agregar el segundo lado es otra operación para el ensamblaje, tienen que volver a través de la línea, tal vez en los transportistas el costo aumente.

3. La selección de componentes, esa pequeña pieza QFN es barata, pero resulta que me cuesta un poco más en ensamblaje porque es más difícil para los tipos baratos que estoy usando. Este conector de orificio pasante es más barato que la versión de montaje en superficie, pero usarlo significa que su placa debe pasar por otro paso en el ensamblaje, la soldadura por ola, por lo que su costo aumenta.

4. HASL es un acabado superficial barato pero no tiene la vida útil de una inmersión plateada o una ENIG dorada. A volúmenes realmente altos, puede comprar tableros a granel y usarlos durante varios meses. Si la mitad de sus tablas se convierten en chatarra debido a la oxidación, no está ahorrando dinero.

5. Los comentarios sobre cómo minimizar el tiempo de prueba son puntuales, el tiempo es costo y las pruebas llevan tiempo. A un volumen moderado, puede hacer pruebas de circuito o de almeja A un volumen muy alto no hay tiempo ni dinero para eso. Es probable que solo esté haciendo FVT, una prueba funcional de su circuito al final de la línea. Las tablas defectuosas simplemente se amontonan, eso puede o no ser visto más tarde. Mientras el rendimiento sea aceptable, solo debes mantener la línea gritando.

6. Los PCB además de lo que ya se dijo, tengan en cuenta que los PCB tienen varios factores de costo. Obviamente el tamaño está relacionado con el costo, pero también lo es el desperdicio. Los paneles están hechos en paneles para que pueda maximizar el uso del panel, el material desperdiciado es solo ese desperdicio. Además, su casa fabulosa tiene una lista de cosas que son estándar y cosas que son factibles pero que cuestan más. Esa pequeña vía es atractiva, pero tal vez cuesta menos usar una 2 milésimas más grande. Deberías consultar con ellos. Los anchos de traza diminutos son geniales, pero cuando me mudo a una tienda de gran volumen, me puede costar menos 1 o 2 milésimas más.

7. El recuento de capas también es un gran punto de discusión. 2 capas son más baratas que 4, pero ¿lo es? Si está haciendo lógica digital y las E / S anteriores indican 1Mhz, es posible que el costo y el tiempo adicionales necesarios para aprobar EMI niegue sus ahorros. No he hecho una placa de 2 capas en años en millones de unidades más diseños. Sin embargo, los he hecho, y en mi caso usar un reloj de amplio espectro fue un salvavidas para las emisiones. Definitivamente hay algún tablero donde 2 capas es más apropiado, pero soy un defensor de 4 capas todo el tiempo.

8. Más sobre selección de componentes. Me gustaron las respuestas que hablan sobre el segundo abastecimiento y pensar en la decisión de usar una parte de cheapo frente a algo más confiable. Lo interesante es saber que el buen precio a menudo se oculta de varias maneras. Al impulsar la investigación y el trabajo, puede encontrar precios mucho mejores. No estoy seguro de dónde se encuentra, pero parece que a las compañas aquí en los EE. UU. Nos gusta darnos un precio más alto cuando lo cotizo en China. A menudo, solo hay partes que se comercializan en el mercado de China que debe conocer para obtener precios. Una vez hice que una empresa entrara y presentara su línea de productos, luego comencé a preguntarles sobre lo que resultaron ser productos exclusivos de China. Se detuvieron, me preguntaron cómo los conocía.

9. Negocie, si tiene volumen, ese primer precio no es el precio :) Probablemente el tercer o cuarto precio es el precio correcto. Solo pasamos de $ 10 a $ 2 por una parte simplemente diciendo, no, voy a ir con tu competidor en este caso (lo que habría sido cierto). Sin embargo, en algún momento tenga en cuenta si las partes tienen el mismo valor para usted. Si está obteniendo más confiabilidad y soporte, ¿tal vez vale la pena pagar unos pocos centavos?

10. Consejo. ¿Supongo que no eres una corporación gigante con mucho dinero y un equipo de marketing que ya está promocionando tu producto? Que eres más una startup de un solo hombre en este momento. Te daré el mejor consejo que he recibido sobre cómo construir a escala al iniciar una empresa o un nuevo producto. No lo hagas Concéntrese en lo que se necesitará para obtener un cliente, o diez. Construir para eso. Luego obtenga sus próximos diez, sus próximos cien y escale con su base de clientes. Para nosotros, los ingenieros, hacer que el producto no sea la parte difícil es conseguir un cliente. Si descubres que solo puedes vender tu producto si tuvieras el precio que obtienes al volumen ... tal vez ese es el producto incorrecto para empezar :) aquí hay un gran artículo sobre eso

Un punto que los ingenieros a menudo subestiman es encontrar una segunda fuente para todos los componentes. No solo para las negociaciones de precios, como mencionó @The Photon (en su gran respuesta), sino también para asegurarse de que no tenga que tirar los PCB si uno de sus componentes ya no se vende, o meterse en problemas si hay entrega imprevista / problemas de suministro. Para diodos, etc., es bastante fácil, pero también trate de encontrar reguladores de voltaje compatibles con pin, si es posible, incluso microcontroladores compatibles con pin de otro fabricante.

Si tiene diferentes versiones de su circuito, por ejemplo, salida NPN / PNP, diferentes interfaces, versiones de voltaje, etc., generalmente es más barato crear una PCB para todas las versiones que crear una PCB para cada versión. Luego puede ensamblar solo las piezas necesarias para una versión específica.

Si le queda algo de espacio en la PCB (por ejemplo, si ha dado dimensiones mecánicas para la PCB), entonces puede agregar huellas para protección EMC como diodos TVS o condensadores de desacoplamiento.

Una pista que obtuve de nuestra empresa de ensamblaje (en realidad, del jefe de una empresa de 5 personas, siempre hablando con los clientes):

Teníamos una placa con 24 "conectores DIN euro". Son como encabezados de clavija estándar con 2x16 o 3x16 pines.

La placa fue soldada por onda y los conectores se colocaron sobre la onda en paralelo, es decir, todos los pines de un conector se soldaron al mismo tiempo. Debido a esto, el estaño líquido se enfrió localmente y aumentó el riesgo de puentes entre los pasadores. Si los conectores se colocan sobre la onda perpendicularmente, el riesgo es mucho menor.

En nuestro caso, teníamos alrededor de 26 tableros y los rediseñaron a mano. Pero a mayor escala, no haría eso, y reduciría su rendimiento.

Por lo general, una placa se tira sobre una placa con el lado corto hacia adelante, por lo que sería bueno si las partes como los encabezados de clavijas largas están en paralelo a los lados largos.

Decida las cantidades que se construirá su tabla, la región geográfica y use las piezas y materiales adecuados para esas condiciones.

Puede tener una placa fabricada en China en grandes cantidades con un diseño "estadounidense" o "europeo", pero no será óptima. Es mejor si usa piezas que están ampliamente disponibles y son baratas en ese mercado (lo que puede significar el uso de piezas de generaciones anteriores, el uso de piezas que son comunes en los productos de consumo o que abandona las piezas modernas con las que no está familiarizado y no tiene una hoja de datos en inglés porque el fabricante no tiene interés en vender menos de 50,000 piezas a la vez). Puede optar por utilizar una placa fenólica de papel perforado para parte del diseño y una elegante placa multicapa para otras partes.

En un volumen lo suficientemente grande, olvídate del segundo abastecimiento, lo único importante es qué tan lejos puedes reducir los costos. El producto siempre se puede rediseñar. El tiempo de ingeniería es gratis, relativamente hablando. Puede que tenga que usar microcontroladores extraños con sistemas de desarrollo difíciles de manejar para ahorrar unos centavos, por otro lado, puede tener sentido negociar un precio muy bajo en un micro de gama alta para que pueda aprovechar el software de código abierto y la velocidad hasta el desarrollo. Los costos se vuelven mucho más suaves cuando los volúmenes se vuelven realmente grandes. Recuerdo que fue posible obtener un DSP muy impresionante por aproximadamente 1/20 del precio de los 100 en Digikey porque el fabricante estaba motivado para entrar en ese mercado y la cantidad total de dinero aún era atractivo para ellos. Incluso pueden proporcionar el software.

Si los volúmenes no son enormes, debe preocuparse por la disponibilidad a largo plazo de los productos (consulte el historial y el precio), la distribución del riesgo mediante el uso de múltiples proveedores, etc. Tenga cuidado con el bloqueo de tecnologías asociadas con la alta volatilidad. o productos de moda. Seis meses pueden ser mucho tiempo en la vida de algunos productos.

No sucumbas a la tentación y usa componentes de baja calidad: reconstruir una reputación es muy costoso. Esto se aplica especialmente a las piezas electromecánicas. Asegúrese de que las aprobaciones requeridas por la agencia de seguridad sean genuinas y actuales. Asegúrese de utilizar proveedores apropiados para el ensamblaje: si tiene un pedido único de piezas de 20K, no obtendrá un proveedor de primer nivel lo más mínimo interesado a menos que haya una historia realmente convincente allí (que involucre negocios futuros y riesgo mínimo de vergüenza), y ahorrar dinero en una casa de montaje de tasa de recorte realmente puede doler cuando vea los resultados. Si los componentes pueden involucrar patentes, asegúrese de verificar que las licencias requeridas estén vigentes y que los pagos de regalías estén actualizados.

El diseño defensivo se aplica a todas las fases del ciclo de vida del producto.

Estas son solo algunas de las fases que puede encontrar su producto:

creación de prototipos

Dejar almohadillas adicionales para componentes de diferentes valores es bueno, durante las primeras fases de un prototipo. Sin embargo, a medida que su diseño se acerca a su finalización, el tablero debería comenzar a verse exactamente como el "producido en masa". Esto puede ser especialmente importante para los circuitos de alta frecuencia o alta potencia donde la forma y el tamaño del cobre en una PCB es tan importante como las cosas soldadas a ella. No olvide hacer una pequeña serie de tableros utilizando exactamente el mismo diseño y componente que su serie de producción a gran escala.

fabricar

Como mencionó , debe tener en cuenta los procesos de fabricación. Esto también se aplica a los PCB de varias capas, especialmente las capas interiores:

El cobre se graba con una solución, que luego debe drenarse antes de que la siguiente capa lo cubra, de lo contrario, tendrá el grabador atrapado dentro de su tabla. Esto es terriblemente difícil de depurar más tarde, porque es completamente invisible y podría no fallar de inmediato.

Por lo tanto, cuando coloque las capas interiores de una tabla, evite los bolsillos o presas que puedan atrapar el grabador líquido y evitar que se drene correctamente.

Envío

¿Cuántas veces cambia el diseño de manos durante el proceso de construcción? Si una compañía fabrica placas de circuito, otra rellena componentes y una tercera coloca el conjunto de la placa terminada en un gabinete, minimiza la posibilidad de fallas debido al embalaje y desempaque repetido. Esto puede significar cosas como

• Use conectores de perfil más bajo (los brazos de palanca cortos son más difíciles de enganchar en el plástico de burbujas)
• Dé a los técnicos de ensamblaje algo a lo que agarrarse, para que no levanten el tablero por algo que pueda romperse.
• Haz que sea fácil de envolver. Los rectángulos son más fáciles de envolver que otras formas, lo que significa que es más probable que lleguen con seguridad al próximo destino.

Todas las buenas respuestas aquí ya. Solo para agregar mi 2c en el diseño para depuración / reparación. Es un hecho de la vida que puede haber algunas unidades que son RMA'd de aguas abajo (interna o externamente). Así como es bueno hacer que una unidad sea fácil de ensamblar, también es bueno hacer que sea fácil desmontar una unidad para reducir el tiempo de respuesta para tales unidades RMA'd.

Los ejemplos de decisiones de diseño aquí pueden incluir un equilibrio en el uso de componentes SMA más pequeños, ya que los más pequeños son, por supuesto, más difíciles de manejar y colocar manualmente cuando todos los demás componentes ya están en su lugar. Del mismo modo, colocar los paquetes demasiado juntos puede provocar daños por calor al retirar y reemplazar los componentes cercanos, lo que resulta en la necesidad de reemplazar dos o más componentes, incluso si solo uno de ellos falla.

Otro es reducir el tamaño de los vertidos de disipación de calor a tan grande como sea necesario. Una vez más, al retirar y reemplazar piezas, si la almohadilla de la pieza está conectada a un dispositivo de disipación de calor innecesariamente grande u otra característica de disipación de calor, la pistola de calor deberá aplicarse durante más tiempo, lo que permite la posibilidad de dañar los componentes cercanos o la superficie / capas del tablero dañadas, lo que significa reemplazando la unidad por completo.

Las colecciones de componentes demasiado limitadas o concentradas también complicarán la reparación, por ejemplo, si un componente bloquea el acceso a uno que se va a reemplazar o simplemente impide el acceso para el sondeo manual.

El segundo abastecimiento también tiene una gran relación con el trabajo de RMA para productos producidos en masa que se producirán durante algún tiempo.

Tales consideraciones son, por supuesto, algo secundarias a las restricciones impuestas por DFM y la funcionalidad y el diseño físico general del producto, pero aún deben considerarse para cualquier producto de mercado potencialmente masivo.